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液晶显示技术的研究介绍 By：标准时间3 引言 如今，科技进步给我们的生活带来了很大的变化。液晶显示设备越来越多，各种各样的液晶显示产品走进我们生活中。从手机到电脑显示器，从掌上电脑到平板电视。无处没有液晶显示技术的身影。? 本文围绕液晶显示技术，简要地介绍了扭曲向列型（TN）、超扭曲向列型（STN）和有源矩阵型（AM）液晶显示技术的工作原理，以及液晶显示技术的发展历史和未来显示技术的发展方向。 液晶显示技术的工作原理 在机械上具有液体的流动性，在光学上具有晶体性质的物质形态被命名为流动晶体——液晶(Liquid Crystal) 。液晶分为溶致液晶和热致液晶两大类,作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。 1.1液晶的物理特性 液晶的物理特性是：当通电施加上电场时，液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透，从技术上说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃薄板，中间夹着一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会一排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分子构成。在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。但将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液晶分子长轴会顺着槽排列。所以，假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。 1.2液晶显示的主要工作模式 由液晶显示的四种基本原理而派生出多种工作模式，主要有：TN模式、STN模式、FLC模和液晶-聚合物模式等。目前，扭曲向列型液晶（TN）即将淘汰，超扭曲向列型（STN）和有源矩阵（TFT）已成熟普及。本文就以上几种液晶显示技术进行讨论。 1.3扭曲向列型液晶显示（TN-LCD）原理 TN型采用的是液晶显示器中最基本的显示技术，而之后其它种类的液晶显示器也是以TN型为基础来进行改良。而且，它的运作原理也较其它技术来的简单。图中所表示的是TN型液晶显示器的简易构造图，包括了垂直方向与水平方向的偏光板，具有细纹沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃基板。 图1-1　 TN型液晶显示器的简易构造图 在不加电场的情况下，入射光经过偏光板后通过液晶层，偏光被分子扭转排列的液晶层旋转90度。在离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，所以光线能顺利通过，使整个电极面呈光亮。 当加入电场的情况时，每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致。液晶层也因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系，并无法通过，这样电极面就呈现黑暗的状态。 TN型的显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板的透明导电玻璃间，液晶分子会依附向膜的细沟槽方向，按序旋转排列。如果电场未形成，光线就会顺利的从偏光板射入，液晶分子将其行进方向旋转，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，玻璃间就会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样得到光暗对比的现象，就叫做扭转式向列场效应，简称TNFE（twisted nematic field effect）。电子领域中所用的液晶显示器，几乎都是用扭转式向列场效应原理制成的。 1.4超扭曲向列型液晶显示（STN-LCD）原理 STN型的显示原理与TN相类似。不同的是，TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180~270度。 图1-2　 STN超扭转式向列场效应图 必须在这里指出的是，单纯的TN液晶显示器本身只有明暗两种情形（或称黑白），并没有办法做到色彩的变化。而STN液晶显示器由于液晶材料的关系，以及光线的干涉现象，因此显示的色调都以淡绿色与橘色为主。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片（color filter），并将单色显示矩阵之任一像素（pixel）分成三个子像素（sub-pixel），分别通过彩色滤光片显示红、黄、蓝三原色，再经由三原色比例之调和，也可以显示出全彩模式的色彩。另外，TN型的液晶显示器显示屏幕做的越大，其屏幕对比度就会显得较差，不过藉由STN的改良技术，亦可以在一定程度上弥补对比度不足的情况。 1.5有源矩阵液晶显示（AM-LCD）原理 有源矩阵液晶显示采用了像质最优的扭曲向列型液晶显示材料。 图1-3　三端有源矩阵液晶示意图 有源矩阵液晶显示根据有源器件的种类分为二端型和三端型两种：二端型以MIM（金属-绝缘体-金属）二极管阵列为主。三端型以薄膜晶体管（TFT）为主。 液晶显示技术的发展历史 1888年，奥地利植物植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer)发现了液晶，它是一个奇怪的有机化合物，分别有两个熔点，把它的固态晶体加热到145℃时，便熔成液体，只